JP2001124929A - 導光板および平面照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源からの入射光をより多く全反射させ、表
面部で臨界角を破る程度の出射角にして光線を外部に出
射し、均一で明るい出射光を得る。 【解決手段】 導光板２の裏面部６に鏡面部６ａと傾斜
面部Ｐｆ１，Ｐｆ２を有する凹部Ｐとを複数設け、導光
板２内に導いた光線を裏面部６の鏡面部６ａで全反射さ
せ、この裏面部６の鏡面部６ａで全反射した光線を再度
凹部Ｐの入射端面部３方向の傾斜面部Ｐｆ１で全反射さ
せて表面部５方向に導き、さらに入射端面部３から反射
端面部４に向かうに従って、凹部Ｐの高さが大きくなる
ように設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に用
いる導光板および平面照明装置に関するものであり、導
光板の裏面部に凹部と鏡面部とを複数設け、導光板内に
導いた光線を裏面部の鏡面部で全反射させ、この裏面部
の鏡面部で全反射した光線を再度凹部の入射端面部方向
の傾斜面部で全反射させて表面部方向に導き、さらに入
射端面部から反射端面部に向かうに従って、凹部の高さ
が大きくなるように設けることにより、入射端面部から
光線が裏面部の鏡面部に入射する入射角が臨界角まで徐
々に小さくなっても、傾斜面部で受けることができ、よ
り多くの光線を再度凹部の傾斜面部で全反射させて表面
部方向に導くことにより、表面部で臨界角を破る程度の
出射角として外部に出射する均一で明るい導光板および
平面照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の導光板や平面照明装置として、導
光板の裏面部にプリズム形状の三角柱を連続に横に並
べ、導光板内からの光を散乱させることによりプリズム
シート等の部品使用の省略化を図ったものが知られてい
る。

【０００３】また、従来の導光板や平面照明装置とし
て、例えば特開平９−１８４９２０号公報や特開平１０
−３３９８１５号公報等に示すものも知られている。こ
れら公報に開示される導光板や平面照明装置は、反射プ
リズムの機能を有する交わった２面から成るＶ溝が導光
板の裏面に複数個並設されたものである。そして、光源
ユニットより遠いＶ溝の間隔は、光源ユニットに近い部
分に存するＶ溝の間隔よりも密であるように構成されて
いる。これにより、光源ユニットに近い部分が明るく、
遠い部分が暗くなるのを防ぎ、輝度を全体的に平均化・
均一化させている。

【０００４】さらに、従来の導光板や平面照明装置は、
プリズムの角度を限定するような構成として、例えば特
開平９−２２０１１号公報に示すものが知られている。
この公報に開示される導光板や平面照明装置は、２つの
プリズム面から構成されるプリズム列が導光板の裏面に
光入射面と平行に複数形成され、プリズム列を構成する
１方の面（第１のプリズム面）が光出射面に対して３５
°〜５５°の傾斜角を有し、他方の面（第２のプリズム
面）が光出射面に対して８０°〜１００°の傾斜角を有
している。これにより、出射光線の分布角度が狭く、ピ
ーク光（出射光線の光度分布において、最も光度の高い
光線をいう。）の出射面の法線方向に出射する指向性を
得ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の導光板や平面照
明装置として、導光板の裏面部にプリズム形状の三角柱
を連続に横に並べ、導光板内からの光を散乱させること
によりプリズムシート等の部品使用の省略化を図った構
成の場合、図４に示すように、導光板２に入射した光
は、屈折角γが０≦｜γ｜≦ｓｉｎ^-1（１／ｎ）を満た
す範囲で導光板２内に進み、例えば一般の導光板２に使
用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率ｎが
ｎ＝１．４９程度であるので、光源８に一番近い入射端
面部３では垂直に入射し、入射角が０°で反射端面部４
方向に屈折せずに進む（この光線のエネルギ値が一番高
い）。また、表面部５や裏面部６に近い場所での入射角
も同様に０°に近い角度で入射する。

【０００６】さらに最大入射角は、図示しないリフレク
タ等により反射散乱された光が入射端面部３の表面部５
方向から裏面部６方向への光、および裏面部６方向から
表面部５方向への光が入射角９０°となり、入射端面部
３で屈折する屈折角γがγ＝±４２°程度の範囲内にな
る。

【０００７】但し、表面部５近傍では裏面部６方向のみ
の屈折角γがγ＝−４２°のみとなり、裏面部６近傍で
は表面部５方向のみの屈折角γがγ＝＋４２°のみとな
る。

【０００８】また、屈折角γ＝±４２°の範囲内で導光
板２内に入射した光は、導光板２と空気層（屈折率ｎ＝
１）との境界面において、ｓｉｎα＝（１／ｎ）で示さ
れる式により臨界角を表すことができる。例えば一般の
導光板２に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂
の屈折率ｎはｎ＝１．４９程度であるので、臨界角αは
α＝４２°程度になり、導光板２の表面部５や裏面部６
に光線を乱す溝、凸や凹等が無い、即ち鏡面であれば、
導光板２内の光は表面部５や裏面部６で全て全反射しな
がら反射端面部４方向へ進む。

【０００９】このように、入射端面部３での何れの場所
でも屈折角γ＝±４２°の範囲内の光線が存在するが、
裏面部６にプリズム形状の三角柱を連続に横に並べる場
合では、入射端面部３方向側の第１のプリズム面で全反
射させて進行方向を表面部５方向に変更させるために、
裏面部６と第１のプリズム面との成す角度が６°以下で
なければならないという課題がある。しかも、表面部５
に達した光線は、表面部５での出射角が大きく、表面部
５となす角度が小さい。従って、表面部５に沿ったよう
な出射光となってしまい、出射光を表面部５と垂直な方
向にするためには、例えばプリズムシート等を表面部５
に対してプリズムの頂点が向かうように備えなければな
らないという課題もある。

【００１０】また、一般的な連続プリズム形状として、
例えば二等辺三角形のプリズム形状の場合、二等辺三角
形のピッチが１００μｍでは頂点までの高さが５μｍ以
下でなければ裏面部６と第１のプリズム面および第２の
プリズム面との成す角度は６°以上となってしまう。同
様に、直角三角形のプリズム形状の場合でも、直角三角
形のピッチが１００μｍでは頂点までの高さが１０μｍ
以下でなければ裏面部６と第１のプリズム面との成す角
度が６°以上となってしまう。

【００１１】しかし、一般のプリズムや加工精度上これ
ら第１のプリズム面や第２のプリズム面と裏面部６とな
すプリズムの角度が６°以上の大きな角度となるため、
第１のプリズム面に達した光線は、導光板２を透過して
出射し、一部は図示しない裏面部６の下部に備えた反射
体によって反射し、再度第２のプリズム面から導光板２
内に進入する。また、一部は一度空気層に出射してから
再度第２のプリズム面から導光板２内に進入するので、
導光板２の一定の媒体内において、エネルギ損失はあま
り無いが、空気層などの媒体が異なるためにエネルギ損
失が多くなる課題がある。

【００１２】そして、これらプリズム形状を連続的に設
けた場合には、導光板２の入射端面部３と反対側の反射
端面部４との方向に輝度の分布差が表れてしまう課題が
ある。さらに、この様なプリズム形状を用いる時には、
裏面部から出射した光を再度導光板に入射させるために
導光板の下部に反射体を設けることが絶対条件となって
しまう課題がある。

【００１３】また、従来の導光板や平面照明装置とし
て、例えば特開平９−１８４９２０号公報等に示すよう
に、反射プリズムの機能を有する交わった２面から成る
Ｖ溝を導光板の裏面に複数個並設し、光源ユニットより
遠いＶ溝の間隔が光源ユニットに近い部分に存するＶ溝
の間隔よりも密であるように構成した場合、図３に示す
ように、光源からの光線Ｌ０を導光板３３の入射端面部
３２に入射した光線は、屈折角γ＝０〜−４２°の範囲
内で裏面部６２方向に進む。但し、ここでは、表面部５
２方向と裏面部６２方向の屈折角γ＝±４２°の範囲内
であるが、表面部５２は鏡面であるので全反射をして裏
面部６２方向に再度進む。そして、最大屈折角の屈折角
γ＝−４２°程度の光線Ｌ１は、第１のプリズム面４４
に対して入射角が小さいため、第１のプリズム面５５を
透過し、非常に小さい出射角で裏面部６２から外部に光
線Ｌ１１として出射する。

【００１４】また、屈折角がγ＝−４２°よりもやや小
さい場合の光線Ｌ２やＬ３は、裏面部６２に対して入射
角が大きいため、入射角と同じ角度で反射し、この反射
により表面部５２に向かう光線Ｌ２２，Ｌ３３は、表面
部５２でも入射角が大きいために入射角と同じ角度で全
反射を繰り返すだけである。

【００１５】さらに、屈折角がγ＝−４２°よりも大変
小さい場合の光線Ｌ４やＬ５は、第１のプリズム面４４
に対して入射角が小さいため、第１のプリズム面４４で
大きく透過屈折（大きな出射角）して空気層に出射す
る。この空気層に出射された光線Ｌ４４やＬ５５は、再
度空気層から（屈折率はｎ＝１）屈折率の高い（屈折率
はｎ＝１．４９程度）次の第２のプリズム面４５に入射
するので、導光板３３内では、裏面部６２と成す角度が
小さな（裏面部に沿った様な）光線Ｌ４５やＬ５６が表
面部５２方向に進むが、臨界角よりも表面部５２への入
射角が大きいため、表面部５２で全反射をしてしまい表
面部５２から出射光が得られないで反射端面部方向に進
む。

【００１６】即ち、光源から離れる程プリズム間隔を密
にした場合、入射端面部３２に近い裏面部６２には、屈
折角γの小さな光線量が少なく、第１のプリズム面４４
で透過してしまう。これに対し、入射端面部３２から遠
い所の裏面部６２には、屈折角γの小さな光線量が多く
向かい、第１のプリズム面４４で一度透過した後、再度
第２のプリズム面４５に入射し、裏面部６２に沿った低
い角度で反射端面部の方向に向かうが、表面部５２に達
した光線の入射角度が大きいために全反射してしまう。
すなわち、最大屈折角による光線では、プリズム面を何
れの所でも透過してしまい、エネルギ損失および裏面部
６２の下部に図示しない反射体を備えなければならない
課題がある。

【００１７】また、例えば特開平９−２２０１１号公報
に示すように、２つのプリズム面から構成されるプリズ
ム列を導光板の裏面に光入射面と平行に多数形成し、プ
リズム列を構成する１方の面（第１のプリズム面）が光
出射面に対して３５°〜５５°の傾斜角を有し、他方の
面（第２のプリズム面）が光出射面に対して８０°〜１
００°の傾斜角を有し、出射光線の分布角度が狭く、ピ
ーク光（出射光線の光度分布において、最も光度の高い
光線をいう。）の出射面の法線方向に出射する指向性を
有することを目的として構成では、図５に示すように、
光源からの光線Ｌ０を導光板２１の入射端面部３１に入
射した光線が屈折角γ＝０〜−４２°の範囲内で裏面部
６１方向に進む。そして、最大屈折角の屈折角γ＝−４
２°程度の光線Ｌｃは、第１のプリズム面５５（裏面部
６１となす角度を３５°とした場合。）に対して入射角
β１が小さい（入射角β１＝１２°程度）ため、第１の
プリズム面５５を透過し、小さい出射角（１８°程度）
で光線Ｌｐとして裏面部６１から外部に出射する。

【００１８】さらに、屈折角γ＝−４２°よりも小さい
屈折角α１の場合、光線Ｌ１はＬｃと同様であるが、第
１のプリズム面５５に対して入射角β２が大きい（入射
角β１＝３８°程度）ため、第１のプリズム面５５で大
きく透過屈折（屈折（出射）角６６．５°程度）する。
この透過屈折した光線Ｌ２は次の第２のプリズム面５６
（裏面部６１となす角度を８０°とした場合。）に入射
（入射角３°程度）する。第２のプリズム面５６に入射
した光線Ｌ３は裏面部６１と成す小さな角度（出射角２
°程度）で反射端面部方向に進む。

【００１９】また、屈折角γ＝−４２°よりも小さい屈
折角α２の場合、光線ＬＬはＬｃやＬ１と同様である
が、第１のプリズム面５５に対して入射角が大きいた
め、第１のプリズム面５５で反射し、この反射した光線
Ｌｒは表面部５１方向に進む。

【００２０】このように、光出射面に対して３５°〜５
５°の傾斜角をなす第１のプリズム面と、光出射面に対
して８０°〜１００°の傾斜角をなる第２のプリズム面
とを有したプリズム列構成によれば、エネルギ損失の無
い全反射のみによる表面部５１方向に向かう光線は、入
射端面部３１での屈折角がγ＝α２以下の小さな角度範
囲内でなければならない課題がある。

【００２１】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたもので、その目的は導光板の裏面部に凹部
と鏡面部とを複数設け、導光板内に導いた光線を裏面部
の鏡面部で全反射させ、この裏面部の鏡面部で全反射し
た光線を再度凹部の入射端面部方向の傾斜面部で全反射
させて表面部方向に導き、さらに入射端面部から反射端
面部に向かうに従って、凹部の高さが大きくなるように
設けることにより、入射端面部から光線が裏面部の鏡面
部に入射する入射角が臨界角まで徐々に小さくなっても
傾斜面部で受けることができ、より多くの光線を再度凹
部の傾斜面部で全反射させて表面部方向に導くことによ
り、表面部で臨界角を破る程度の出射角として外部に出
射でき、均一で明るい導光板および平面照明装置を提供
することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
請求項１に係る導光板は、入射端面部から最初の傾斜面
部までの鏡面部で全反射を行い再度傾斜面部で表面部方
向に全反射する出射光と、ｎ−１番目の凹部とｎ番目の
凹部との間に位置する鏡面部で全反射を行い再度ｎ番目
の傾斜面部で表面部方向に全反射する出射光とが等しく
なるように傾斜面部の高さが反射端面部に向かうに従っ
て増加することを特徴とする。

【００２３】請求項１に係る導光板は、入射端面部から
最初の傾斜面部までの鏡面部で全反射を行い再度傾斜面
部で表面部方向に全反射する出射光と、ｎ−１番目の凹
部とｎ番目の凹部との間に位置する鏡面部で全反射を行
い再度ｎ番目の傾斜面部で表面部方向に全反射する出射
光とが等しくなるように傾斜面部の高さが反射端面部に
向かうに従って増加するので、裏面部の鏡面部に入射す
る入射角が臨界角まで徐々に小さくなっても、鏡面部で
の反射角に対応して傾斜面部の高さを徐々に高くし、よ
り多くの光線を再度傾斜面部で全反射させて表面部方向
に導くことにより、表面部で臨界角を破る程度の出射角
として外部に出射することができる。

【００２４】また、請求項２に係る導光板は、高さを、
ｎ番目の傾斜面部に対し、少なくとも入射端面部から入
射した任意の屈折角に対する光線がｎ−３番目の傾斜面
部の頂点と鏡面部とを結び鏡面部で全反射し、ｎ−２番
目の傾斜面部の傾斜面部で受け得る高さを、ｎ−２番目
の傾斜面部の頂点と鏡面部とを結び鏡面部で全反射し、
光線をｎ−１番目の傾斜面部の傾斜面部で受け得る高さ
から差分した高さをｎ−１番目の傾斜面部の高さに加算
するように反射端面部に向かうに従って増加することを
特徴とする。

【００２５】請求項２に係る導光板は、高さを、ｎ番目
の傾斜面部に対し、少なくとも入射端面部から入射した
任意の屈折角に対する光線がｎ−３番目の傾斜面部の頂
点と鏡面部とを結び鏡面部で全反射し、ｎ−２番目の傾
斜面部の傾斜面部で受け得る高さを、ｎ−２番目の傾斜
面部の頂点と鏡面部とを結び鏡面部で全反射し、光線を
ｎ−１番目の傾斜面部の傾斜面部で受け得る高さから差
分した高さをｎ−１番目の傾斜面部の高さに加算するよ
うに反射端面部に向かうに従って増加するので、常に入
射端面部側の前にある凹部によって遮られ光線の入射角
度が小さくなるに従って、その光線による全反射光線に
依る出射角度が小さくなっても、その対応とする傾斜面
部の高さの増加によって光線を受けられる。

【００２６】さらに、請求項３に係る導光板は、高さの
増加量（Δｈ）を、入射端面部から入射光線が全反射し
うるｎ−１番目の傾斜面部の頂点と鏡面部とを結んだ入
射光線または反射光線と鏡面部となす角度の正接（ｔａ
ｎε）に鏡面部の長さ（Ｌ）を乗算した値からｎ−１番
目の傾斜面部の高さの２倍（２ｈ_n-1 ）を減算した変量
であることを特徴とする。

【００２７】請求項３に係る導光板は、高さの増加量
（Δｈ）を、入射端面部から入射光線が全反射しうるｎ
−１番目の傾斜面部の頂点と鏡面部とを結んだ入射光線
または反射光線と鏡面部となす角度の正接（ｔａｎε）
に鏡面部の長さ（Ｌ）を乗算した値からｎ−１番目の傾
斜面部の高さの２倍（２ｈ_n-1 ）を減算した変量である
ので、常に入射端面部側の一つ前の凹部に遮られないで
鏡面部に達する光線の入射角と鏡面部で全反射する出射
角とが等しく、出射光線と一つ前の凹部の虚像の頂点と
を結ぶ線と鏡面部とのなす角度に対し、凹部間の距離が
一定であるために、常に鏡面部で入射光線を全反射した
出射光線を傾斜面部で受けることができる。

【００２８】また、請求項４に係る導光板は、凹部の傾
斜面部が入射端面部と平行をなし、二等辺三角形状また
は直角三角形状の鋭角部の稜を表面部方向に備えたプリ
ズムであることを特徴とする。

【００２９】請求項４に係る導光板は、凹部の傾斜面部
が入射端面部と平行をなし、二等辺三角形状または直角
三角形状の鋭角部の稜を表面部方向に備えたプリズムで
あるので、裏面部の鏡面部で全反射した光線を表面部の
略垂直方向に出射することができる。

【００３０】さらに、請求項５に係る導光板は、鏡面部
を凹部の高さ変化に伴うプリズム底辺の長さの変化に係
わりなく一定の長さを持つことを特徴とする。

【００３１】請求項５に係る導光板は、鏡面部を凹部の
高さ変化に伴うプリズム底辺の長さの変化に係わりなく
一定の長さを持つので、数式計算等の解析が容易であ
る。

【００３２】また、請求項６に係る平面照明装置は、光
源と、光源の近傍の少なくとも１側面に設けられ光源か
らの光を導く入射端面部と、入射端面部からの光を導き
出射する表面部と、表面部の反対側に位置し入射端面部
から入射した臨界角内の光を全反射する鏡面部と鏡面部
で全反射した臨界角内の光を受ける高さを持ち再び表面
部方向に全反射させるように入射端面部方向に面した傾
斜面部を有する凹部とを複数有する裏面部とを備えた導
光板と、裏面部の下部に備えた反射シートと、光源の光
を反射し再び入射端面部に入射させるリフレクタとを備
えた平面照明装置において、導光板は、入射端面部から
最初の傾斜面部までの鏡面部で全反射を行い再度傾斜面
部で表面部方向に全反射する出射光と、ｎ−１番目の凹
部とｎ番目の凹部との間に位置する鏡面部で全反射を行
い再度ｎ番目の傾斜面部で表面部方向に全反射する出射
光とが等しくなるように傾斜面部の高さが反射端面部に
向かうに従って増加する裏面部を有することを特徴とす
る。

【００３３】請求項６に係る平面照明装置は、光源と、
光源の近傍の少なくとも１側面に設けられ光源からの光
を導く入射端面部と、入射端面部からの光を導き出射す
る表面部と、表面部の反対側に位置し入射端面部から入
射した臨界角内の光を全反射する鏡面部と鏡面部で全反
射した臨界角内の光を受ける高さを持ち再び表面部方向
に全反射させるように入射端面部方向に面した傾斜面部
を有する凹部とを複数有する裏面部とを備えた導光板
と、裏面部の下部に備えた反射シートと、光源の光を反
射し再び入射端面部に入射させるリフレクタとを備えた
平面照明装置において、導光板は、入射端面部から最初
の傾斜面部までの鏡面部で全反射を行い再度傾斜面部で
表面部方向に全反射する出射光と、ｎ−１番目の凹部と
ｎ番目の凹部との間に位置する鏡面部で全反射を行い再
度ｎ番目の傾斜面部で表面部方向に全反射する出射光と
が等しくなるように傾斜面部の高さが反射端面部に向か
うに従って増加する裏面部を有するので、裏面部の鏡面
部に入射する入射角が臨界角まで徐々に小さくなって
も、鏡面部での反射角に対応して傾斜面部の高さを徐々
に高くし、より多くの光線を再度凹部の傾斜面部で全反
射させて表面部方向に導くことにより、表面部で臨界角
を破る程度の出射角として外部に均一で明るい光を出射
することができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図に基づいて説明する。なお、本発明は導光板の裏面部
に鏡面部と傾斜面部を有する凹部とを複数設け、導光板
内に導いた光線を裏面部の鏡面部で全反射させ、この裏
面部の鏡面部で全反射した光線を再度凹部の入射端面部
方向の傾斜面部で全反射させて表面部方向に導き、さら
に入射端面部から反射端面部に向かうに従って、凹部の
高さが大きくなるように設けることにより、入射端面部
から光線が裏面部の鏡面部に入射する入射角が臨界角ま
で徐々に小さくなっても、傾斜面部で受けることがで
き、より多くの光線を再度凹部の傾斜面部で全反射させ
て表面部方向に導くことにより、表面部で臨界角を破る
程度の出射角として外部に出射し、均一で明るい導光板
および平面照明装置を提供することにある。

【００３５】図１は本発明に係る平面照明装置の略斜視
構成図、図２は裏面部に設けた鏡面部および凹部による
略光線進行図である。

【００３６】図１に示すように、平面照明装置１は、導
光板２、光源８、リフレクタ９および反射体１０を備え
て構成されている。

【００３７】導光板２は、屈折率が１．４〜１．７程度
の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート
（ＰＣ）等で形成される。図１に示す導光板２は、光源
８と対向し光源８からの光を導く入射端面部３と、この
入射端面部３と反対側に位置し光を反射する反射端面部
４と、これら入射端面部３と反射端面部４とに接続する
側面部７と、光を出射する表面部５と、この表面部５と
反対側に位置する裏面部６とを有したフラット板からな
る。導光板２の裏面部６には、入射端面部３を介して導
光板２内に導いた光線を全反射する鏡面部６ａと、プリ
ズム形状をした凹部Ｐとが交互に施されている。プリズ
ム形状部Ｐは、入射端面部３方向に向く第１面Ｐｆ１と
反射端面部４方向に向く第２面Ｐｆ２とを有している。
これら第１面Ｐｆ１と第２面Ｐｆ２を有する各々のプリ
ズム形状部Ｐは、入射端面部３および反射端面部４と平
行をなし、例えば両側面部７間にわたって連続した１本
の溝状又は所定間隔おきの溝状に形成される。

【００３８】また、導光板２の裏面部６は、入射端面部
３から反射端面部４に向かうに従って、凹部Ｐのプリズ
ム形状の高さが大きくなるようにされている。

【００３９】そして、光源からの光線Ｌ０を導光板２の
入射端面部３に入射した光線は、屈折角γ＝０〜−４２
°の範囲内で裏面部６方向に進む。但し、ここでは、表
面部５方向と裏面部６方向の屈折角γ＝±４２°の範囲
内であるが、表面部５は鏡面であるので全反射をして裏
面部６方向に再度進む。

【００４０】これら光線の内、最大屈折角の屈折角γ＝
−４２°程度に屈折角の大きい光線Ｌｃ１や光線Ｌｃ２
は、鏡面部６ａに対して小さな入射角で入射して一度全
反射を行い、さらに凹部Ｐの第１面Ｐｆ１で再度全反射
を行う。そして、この全反射による光線Ｌｃｒ１やｌｃ
ｒ２は表面部５方向に進み導光板２の表面部５から出射
する。

【００４１】さらに、屈折角の小さい光線Ｌ５１や光線
Ｌ５２は、鏡面部６ａに対して大きな入射角で入射して
一度全反射を行い、さらに凹部Ｐの第１面Ｐｆ１で再度
全反射を行う。そして、この全反射による光線Ｌ５ｐ１
やＬ５ｐ２は表面部５方向に進み導光板２の表面部５か
ら出射する。

【００４２】即ち、図１に示すように、光源８から離れ
る程（入射端面部３から反射端面部４に向かうに従っ
て）凹部Ｐのプリズム形状の高さが大きくなるようにす
ると、入射端面部３に近い裏面部６には凹部Ｐのプリズ
ム形状に遮られず屈折角γの小さな光線の量が多く、入
射端面部３から遠い所の裏面部６には凹部Ｐのプリズム
形状に遮られて屈折角γの小さな光線量が少なく進む
が、光源８から最近距離位置は導光板２の厚さ方向の中
心部（導光板２のフラットな入射端面部３の面に円弧状
の光源８が対向している。）であり、この位置が一番エ
ネルギ値が高く、これを中心として表面部５と裏面部６
とに行くほど光源８との距離が長くなる。

【００４３】この導光板２の中心厚さからの距離と屈折
角および光線の反射端面部４方向進行距離との関係は、
光線が入射端面部３から進む距離をｘ、導光板２の厚さ
中心からの距離Ｌ、屈折角をγとすると、Ｃｏｔγ＊Ｌ
＝ｘとなる。従って、エネルギ的に高い屈折角の小さい
光線が反射端面部４方向の鏡面部６ａに進み、エネルギ
的に低い屈折角の小さい光線が入射端面部３方向の鏡面
部６ａに進むため、エネルギ的な要素と光線量とのバラ
ンスを保って一度鏡面部６ａで全反射した後、再度第１
面Ｐｆ１で全反射して表面部５方向に進み相対的に導光
板２の表面部５に均一（エネルギ）に出射する。

【００４４】さらに、光線とプリズム形状の凹部Ｐおよ
び鏡面部６ａとの関係を説明すると、屈折角がγ＝−４
２°よりも大変小さい光線である光線Ｌ５１は、凹部Ｐ
_n-1のプリズム形状に遮光されずに凹部Ｐ_n-1 のプリズ
ム形状頂点Ｔ１を掠めて鏡面部６ａで全反射し、入射角
δと等しい出射角δで次の反射端面部４方向にある凹部
Ｐ_n のプリズム形状の頂点Ｔ２付近の第１面Ｐｆ１に達
し、再度全反射をして光線Ｌ５ｐ１が表面部５方向に進
み出射する。同様に光線Ｌ５２も凹部Ｐ_n のプリズム形
状の極手前の鏡面部６ａで全反射して凹部Ｐ_n のプリズ
ム形状の第１面Ｐｆ１に達し、再度全反射をして光線Ｌ
５ｐ２が表面部５方向に進み出射する。

【００４５】この様に、長さＬの鏡面部６ａ中光線Ｌ５
１とＬ５２との範囲に含まれる光線全てが鏡面部６ａで
全反射し、再度凹部Ｐの第１Ｐｆ１で全反射して表面部
５に光線Ｌ５ｐ１および光線Ｌ５ｐ２として表面部５に
進み出射する。

【００４６】また、屈折角が臨界角に近い屈折角γ＝−
４２°程度の光線Ｌｃ１は鏡面部６ａで全反射し、入射
角ε２と等しい出射角で次の反射端面部４方向にある凹
部Ｐ _n のプリズム形状頂点Ｔ２付近の第１面Ｐｆ１に達
し、再度全反射をして表面部５方向に光線Ｌｃｒ１とし
て進み出射する。同様に光線Ｌｃ２も凹部Ｐ_n のプリズ
ム形状の極手前の鏡面部６ａで全反射して凹部Ｐ_n のプ
リズム形状の第１面Ｐｆ１に達し、再度全反射をして表
面部５方向に光線Ｌｃｒ２として進み出射する。

【００４７】この様に、長さＬの鏡面部６ａ中、光線Ｌ
ｃ１とＬｃ２との範囲に含まれる光線全てが鏡面部６ａ
で全反射し、再度凹部のプリズム形状の第１面Ｐｆ１で
全反射して光線Ｌｃｒ１および光線Ｌｃｒ２として表面
部５に進み出射する。

【００４８】故に、入射端面部３からの光線の内、屈折
角の非常に小さいものから臨界角に近い屈折角の大きい
範囲（光線Ｌ５１から光線Ｌｃ２までの範囲）までの入
射光線を裏面部６ａで全反射し、再度凹部Ｐのプリズム
形状の第１面Ｐｆ１で全反射して表面部５方向（光線Ｌ
５ｐ２から光線Ｌ１ｃｒ１までの範囲）に出射すること
ができる。

【００４９】以上の様に、これら凹部Ｐのプリズム形状
の高さｈ_n は、ｎ番目の凹部Ｐ_n プリズム形状の第１面
Ｐｆ１に対し、少なくとも入射端面部３から入射した任
意の屈折角に対する光線がｎ−３番目の凹部Ｐのプリズ
ム形状の第１面Ｐｆ１の頂点Ｔと鏡面部６ａとを結び鏡
面部６ａで全反射し、ｎ−２番目の凹部Ｐのプリズム形
状の第１面Ｐｆ１で受け得る高さｈ_n-2 を、ｎ−２番目
の凹部Ｐのプリズム形状の第１面Ｐｆ１の頂点Ｔと鏡面
部６ａとを結び鏡面部６ａで全反射し、光線をｎ−１番
目の凹部Ｐのプリズム形状の第１面Ｐｆ１で受け得る高
さｈ_n-1 から差分した高さΔｈをｎ−１番目の凹部Ｐの
プリズム形状の高さｈ_n-1 に加算するように反射端面部
４に向かうに従って増加するようになる。

【００５０】また、上述した内容を数式化すると、下記
に示す式ａが導かれ、さらに式ｂを得ることができる。 ｈ_n-1 −ｈ_n-2 ＝Δｈ…式ａ ｈ_n ＝Δｈ＋ｈ_n-1 …式ｂ

【００５１】よって、常に入射端面部３側の前にある凹
部Ｐによって遮られ光線の入射角度が小さくなるに従っ
て、その光線による全反射光線に依る出射角度が小さく
なっても、その対応とする凹部Ｐのプリズム形状の高さ
の増加によって光線を受けられるので、凹部Ｐのプリズ
ム形状の第１面Ｐｆ１で再度全反射し、表面部５方向に
出射させる。

【００５２】また、高さの増加量Δｈは、入射端面部３
から入射光線が全反射し得るｎ−１番目の凹部Ｐのプリ
ズム形状の第１面Ｐｆ１の頂点Ｔ１と鏡面部６ａとを結
んだ入射光線または反射光線と鏡面部６ａとなす角度の
正接ｔａｎεに鏡面部６ａの一定の長さＬを乗算した値
からｎ−１番目の凹部Ｐのプリズム形状の高さｈ_n-1の
２倍を減算した変量Δｈである関係を示す。式で表わす
と、Δｈ＝Ｌ・ｔａｎε−２ｈ_n-1 となる。

【００５３】このように、常に入射端面部３側の一つ前
の凹部Ｐ_n-1 に遮られないで鏡面部６ａに達する光線の
入射角δと鏡面部６ａで全反射する出射角δとが等しい
ので、出射光線と一つ前の凹部の虚像Ｐ_n-1 ’の頂点Ｔ
１’とを結ぶ線と鏡面部６ａとのなす角度εに対し、凹
部間の距離Ｌが一定であるために、常に鏡面部６ａで入
射光線を全反射した出射光線を傾斜面部Ｐｆ１で受ける
ことができる。

【００５４】さらに、本例の凹部Ｐは、プリズム形状の
第１面Ｐｆ１が入射端面部３と平行になるようにし、鋭
角部の稜を表面部５方向に備えた二等辺三角形状のプリ
ズムとして説明したが、第１面Ｐｆ１が入射端面部３に
対して平行であるならば凹部Ｐの形状は直角三角形状で
も同様の効果が得られ、裏面部６の鏡面部６ａで全反射
した光線を表面部５の略垂直方向に出射することができ
る。

【００５５】尚、本例の導光板２の説明は、厚さが一定
なフラット板で行ったが、楔形状の導光板でもこれらフ
ラット板と同様な効果が得られ、この場合にはフラット
な導光板に比べ、凹部Ｐのプリズム形状間の増加率を少
なくすることで良い。

【００５６】光源８は、ＣＣＦＬ（冷陰管）等の線状を
なし、直接光は導光板２の入射端面部３から導光板２内
に入射し、他の光はリフレクタ９で反射されながら光源
８とリフレクタ９との空間を通って導光板２内に入射す
る。

【００５７】リフレクタ９は、白色の絶縁性材料やアル
ミニウム等の金属を蒸着したシート状または金属等から
なり、導光板２の入射端面部３と光源８とを包囲するよ
うに配置され、光源８からの光を反射し、反射光を導光
板２の入射端面部３に再び入射させる。

【００５８】反射体１０は、熱可塑性樹脂に例えば酸化
チタンのような白色材料を混入したシートや熱可塑性樹
脂のシートにアルミニウム等の金属蒸着を施したり、金
属箔を積層した物やシート状金属からなり、入射端面部
３と表面部５以外の部分を覆うように設けられる。この
反射体１０は、光源８からの光が導光板２によって表面
部５に出射した以外の光を反射または乱反射し、再び導
光板２に入射させて光源８からの光を全て表面部５から
出射するようにする。

【００５９】また、本発明の導光板や平面照明装置にお
いて、反射体１０は、導光板２に入射した光線を一度裏
面部６の鏡面部６ａで全反射させ、さらにこの全反射し
た光線を凹部Ｐのプリズム形状の第１面で再度全反射さ
せ、表面部５方向に出射させる方法であるが、凹部Ｐの
プリズム形状の第１面を一部透過する光線が存在するた
めのものであり、例えば最大屈折角の屈折角γ＝−４２
°程度の光線Ｌｃ１や光線Ｌｃ２は、入射端面部３方向
に向く凹部Ｐのプリズム形状の第１面Ｐｆ１に対して入
射角が小さいために第１面Ｐｆ１を透過し、非常に小さ
い出射角で裏面部６から外部に出射する光線を本反射体
１０で反射し、再度導光板２に入射させて光源８からの
光を無駄なく利用する。

【００６０】このように、本発明の導光板および平面照
明装置は、導光板の裏面部に鏡面部と傾斜面部を有する
凹部とを複数設け、導光板内に導いた光線を裏面部の鏡
面部で全反射させ、この裏面部の鏡面部で全反射した光
線を再度凹部の入射端面部方向の傾斜面部で全反射させ
て表面部方向に導き、さらに入射端面部から反射端面部
に向かうに従って、凹部の高さが大きくなるように設け
ることにより、入射端面部から光線が裏面部の鏡面部に
入射する入射角が臨界角まで徐々に小さくなっても、傾
斜面部で受けることができるので、より多くの光線を再
度凹部の傾斜面部で全反射させて表面部方向に導くこと
により、表面部で臨界角を破る程度の出射角として外部
に出射光を均一にコントロールでき均一で明るい輝度を
得ることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る導光板
は、入射端面部から最初の傾斜面部までの鏡面部で全反
射を行い再度傾斜面部で表面部方向に全反射する出射光
と、ｎ−１番目の凹部とｎ番目の凹部との間に位置する
鏡面部で全反射を行い再度ｎ番目の傾斜面部で表面部方
向に全反射する出射光とが等しくなるように傾斜面部の
高さが反射端面部に向かうに従って増加するので、裏面
部の鏡面部に入射する入射角が臨界角まで徐々に小さく
なっても、鏡面部での反射角に対応して傾斜面部の高さ
を徐々に高くし、より多くの光線を再度傾斜面部で全反
射させて表面部方向に導くことにより、表面部で臨界角
を破る程度の出射角として外部に出射することができ、
出射光を均一にコントロールして明るく均一な輝度を得
ることができる。

【００６２】また、請求項２に係る導光板は、高さをｎ
番目の傾斜面部に対し、少なくとも入射端面部から入射
した任意の屈折角に対する光線がｎ−３番目の傾斜面部
の頂点と鏡面部とを結び鏡面部で全反射し、ｎ−２番目
の傾斜面部の傾斜面部で受け得る高さを、ｎ−２番目の
傾斜面部の頂点と鏡面部とを結び鏡面部で全反射し、光
線をｎ−１番目の傾斜面部の傾斜面部で受け得る高さか
ら差分した高さをｎ−１番目の傾斜面部の高さに加算す
るように反射端面部に向かうに従って増加するので、常
に入射端面部側の前にある凹部によって遮られ光線の入
射角度が小さくなるに従って、その光線による全反射光
線に依る出射角度が小さくなっても、その対応とする傾
斜面部の高さの増加によって光線を受けられるので、傾
斜面部で再度全反射し、表面部方向に出射させて表面部
から均一な出射光を出すことができる。

【００６３】さらに、請求項３に係る導光板は、高さの
増加量（Δｈ）を、入射端面部から入射光線が全反射し
うるｎ−１番目の傾斜面部の頂点と鏡面部とを結んだ入
射光線または反射光線と鏡面部となす角度の正接（ｔａ
ｎε）に鏡面部の長さ（Ｌ）を乗算した値からｎ−１番
目の傾斜面部の高さの２倍（２ｈ_n-1 ）を減算した変量
であるので、常に入射端面部側の一つ前の凹部に遮られ
ないで鏡面部に達する光線の入射角と鏡面部で全反射す
る出射角とが等しく、出射光線と一つ前の凹部の虚像の
頂点とを結ぶ線と鏡面部とのなす角度に対し、凹部間の
距離が一定であるために、常に鏡面部で入射光線を全反
射した出射光線を傾斜面部で受けることができる。

【００６４】また、請求項４に係る導光板は、凹部が傾
斜面部を入射端面部と平行になし、二等辺三角形状また
は直角三角形状の鋭角部の稜を表面部方向に備えたプリ
ズムであるので、裏面部の鏡面部で全反射した光線を表
面部の略垂直方向に出射することができて明るい出射光
が得ることができる。

【００６５】さらに、請求項５に係る導光板は、鏡面部
を凹部の高さ変化に伴うプリズム底辺の長さの変化に係
わりなく一定の長さを持つので、数式計算等の解析が容
易であるとともにピッチが一定のため加工が容易で経済
性に優れている。

【００６６】また、請求項６に係る平面照明装置は、光
源と、光源の近傍の少なくとも１側面に設けられ光源か
らの光を導く入射端面部と、入射端面部からの光を導き
出射する表面部と、表面部の反対側に位置し入射端面部
から入射した臨界角内の光を全反射する鏡面部と鏡面部
で全反射した臨界角内の光を受ける高さを持ち再び表面
部方向に全反射させるように入射端面部方向に面した傾
斜面部を有する凹部とを複数有する裏面部とを備えた導
光板と、裏面部の下部に備えた反射シートと、光源の光
を反射し再び入射端面部に入射させるリフレクタとを備
えた平面照明装置において、導光板は、入射端面部から
最初の傾斜面部までの鏡面部で全反射を行い再度傾斜面
部で表面部方向に全反射する出射光と、ｎ−１番目の凹
部とｎ番目の凹部との間に位置する鏡面部で全反射を行
い再度ｎ番目の傾斜面部で表面部方向に全反射する出射
光とが等しくなるように傾斜面部の高さが反射端面部に
向かうに従って増加する裏面部を有するので、裏面部の
鏡面部に入射する入射角が臨界角まで徐々に小さくなっ
ても、鏡面部での反射角に対応して傾斜面部の高さを徐
々に高くし、より多くの光線を再度凹部の傾斜面部で全
反射させて表面部方向に導くことにより、表面部で臨界
角を破る程度の出射角として外部に出射し、均一で明る
い輝度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る平面照明装置の略斜視構成図

【図２】本発明に係る導光板の光線進行図

【図３】従来の導光板図

【図４】導光板内の光線の全反射軌跡平面図

【図５】従来の導光板図

【符号の説明】

１…平面照明装置、２…導光板、３，３１，３２…入射
端面部、４…反射端面部、５，５１，５２…表面部、
６，６１，６２…裏面部、６ａ…鏡面部、７…側面部、
８…光源、９…リフレクタ、１０…反射体、Ｐ…凹部、
Ｐ_n ，Ｐ_n-1 …高さ、Ｐｆ１，４４，５６…第１面、Ｐ
ｆ２，４５，５５…第２面、Ｌ…プリズム形状間、Ｌ
０，Ｌ１，Ｌ１１，Ｌ２，Ｌ２２，Ｌ３，Ｌ３３，Ｌ
４，Ｌ４４，Ｌ４５，Ｌ５，Ｌ５１，Ｌ５２，Ｌ５５，
Ｌ５ｐ１，Ｌ５ｐ２，Ｌ５６，ＬＬ，Ｌｃ，Ｌｐ，Ｌｃ
１，Ｌｃ２，Ｌｃｒ１，Ｌｃｒ２…光線、Ｔ，Ｔ１…頂
点、γ，α１，α２…屈折角、α…臨界角、β１，β２
…入射角、δ…入射角，出射角、ε，ε２…裏面部と光
線とのなす角度、θｎ…プリズム角度。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を導く入射端面部と、該入
   射端面部の反対側に位置し光を反射する反射端面部と、
   前記入射端面部および前記反射端面部に接続する側面部
   と、前記入射端面部から導いた光を出射する表面部と、
   該表面部の反対側に位置する裏面部とからなり、該裏面
   部には前記入射端面部から入射した臨界角内の光を全反
   射する鏡面部と前記入射端面部方向に面した傾斜面部を
   有する凹部とを複数有し、前記鏡面部で全反射した前記
   臨界角内の光を受ける高さを持つ前記傾斜面部で再び前
   記表面部方向に全反射させる導光板において、 前記入射端面部から最初の前記傾斜面部までの前記鏡面
   部で全反射を行い再度前記傾斜面部で前記表面部方向に
   全反射する出射光と、ｎ−１番目の前記凹部とｎ番目の
   前記凹部との間に位置する前記鏡面部で全反射を行い再
   度前記ｎ番目の前記傾斜面部で前記表面部方向に全反射
   する出射光とが等しくなるように前記傾斜面部の前記高
   さが前記反射端面部に向かうに従って増加することを特
   徴とする導光板。
2. 【請求項２】 前記高さは、前記ｎ番目の前記傾斜面部
   に対し、少なくとも前記入射端面部から入射した任意の
   屈折角に対する光線がｎ−３番目の前記傾斜面部の頂点
   と前記鏡面部とを結び前記鏡面部で全反射し、ｎ−２番
   目の前記傾斜面部の前記傾斜面部で受け得る高さを、ｎ
   −２番目の前記傾斜面部の頂点と前記鏡面部とを結び前
   記鏡面部で全反射し、前記光線をｎ−１番目の前記傾斜
   面部の前記傾斜面部で受け得る高さから差分した高さを
   ｎ−１番目の傾斜面部の高さに加算するように前記反射
   端面部に向かうに従って増加することを特徴とする請求
   項１記載の導光板。
3. 【請求項３】 前記高さの増加量（Δｈ）は、前記入射
   端面部から入射光線が全反射しうるｎ−１番目の前記傾
   斜面部の頂点と前記鏡面部とを結んだ入射光線または反
   射光線と前記鏡面部となす角度の正接（ｔａｎε）に前
   記鏡面部の長さ（Ｌ）を乗算した値からｎ−１番目の前
   記傾斜面部の高さの２倍（２ｈ_n-1 ）を減算した変量で
   あることを特徴とする請求項２記載の導光板。
4. 【請求項４】 前記凹部は、前記傾斜面部が前記入射端
   面部と平行をなし、二等辺三角形状または直角三角形状
   の鋭角部の稜を前記表面部方向に備えたプリズムである
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の導光
   板。
5. 【請求項５】 前記鏡面部は、前記凹部の高さ変化に伴
   う前記プリズム底辺の長さの変化に係わりなく一定の長
   さを持つことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載の導光板。
6. 【請求項６】 光源と、当該光源の近傍の少なくとも１
   側面に設けられ前記光源からの光を導く入射端面部と、
   該入射端面部からの光を導き出射する表面部と、該表面
   部の反対側に位置し前記入射端面部から入射した臨界角
   内の光を全反射する鏡面部と該鏡面部で全反射した前記
   臨界角内の光を受ける高さを持ち再び前記表面部方向に
   全反射させるように前記入射端面部方向に面した傾斜面
   部を有する凹部とを複数有する裏面部とを備えた導光板
   と、前記裏面部の下部に備えた反射シートと、前記光源
   の光を反射し再び前記入射端面部に入射させるリフレク
   タとを備えた平面照明装置において、 前記導光板は、前記入射端面部から最初の前記傾斜面部
   までの前記鏡面部で全反射を行い再度前記傾斜面部で前
   記表面部方向に全反射する出射光と、ｎ−１番目の前記
   凹部とｎ番目の前記凹部との間に位置する前記鏡面部で
   全反射を行い再度前記ｎ番目の前記傾斜面部で前記表面
   部方向に全反射する出射光とが等しくなるように前記傾
   斜面部の前記高さが前記反射端面部に向かうに従って増
   加する裏面部を有することを特徴とする平面照明装置。